Custom made piezo stage. High Tech Campus. 27 januari 2010



Vergelijkbare documenten
Precisiebeurs Woensdag 28 november 2007 ir. Tom Bijnagte, HiPrecision

De system engineer: succesfactor in het ontwikkelproces

EDM Eroderen [ zink-/ draadvonken ]

EDM Eroderen [ zink-/ draadvonken ]

UW PARTNER VOOR VACUÜM- EN PRECISIE- TECHNOLOGIE, VAN IDEE TOT REALISATIE.

1. Opdrachtomschrijving. 2. Probleemstelling / Doelstelling. 3. Uitwerkingen van de vragen: Bijlagen: Inhoudsopgave: 1.

Engineering & Projects Production Assembly & Testing

Draadvonken Zinkvonken Basisprincipe van vonkerosie

Geen direct contact tussen gereedschap en werkstuk. Dat is de kern van vonkerosie. Door vonkoverslag van de elektrode naar het werkstuk smelt een

DE VONK IS ANDERS GEWORDEN

Siliconen verwarmingsmatten

Mechanica van Materialen: Voorbeeldoefeningen uit de cursus

FAST PROTOTYPING EN KLEINE SERIES FLEX EN FLEX-RIGID PCB s

Kracht door samenwerking. VDL Industrial Modules

Bringing aerospace technology down to earth. Total Glass. MIP 14 June Jan-Jaap Koppert Advanced Lightweight Engineering

Sleutelfactoren in het specificatietraject

Hardmetaal wordt geproduceerd in diverse kwaliteiten, iedere kwaliteit met eigen specifieke eigenschappen waardoor geschikt voor een grote

Waarom overstappen van pneumatische cilinders naar elektrisch aangedreven actuatoren?

ALGEMEEN HARDMETAAL ALS KERNCOMPETENTIE

Ontwerpopdracht Constructieprincipes Opleiding Fijnmechanische techniek / Mechatronica Hogeschool van Utrecht

Andere afmetingen of uitvoeringen zijn volgens tekening leverbaar, ook van RVS 440B (1.4112). Artikelnummer D L L1 Materiaal

HERSTELLEN EN VERBETEREN VAN ONDERDELEN D.M.V. LASERCLADDEN.» J. Lambrecht» Laser Cladding Venture

M&D-FLUGZEUGBAU INVESTEERT IN DE NIEUWE, INNOVATIEVE TECHNOLOGIE VAN RESATO INTERNATIONAL UIT NEDERLAND ACM 3040

De trekproef. De trekproef - inleiding. De trekproef - inleiding. De trekproef - inleiding. Principe. Bepalen van materiaaleigenschappen

De maakbaarheid van een ontwikkeling. Presentatie: Bart van Berlo

Electrische convectors en Infrarood verwarming. Electrische Convectoren

DE FOCUS OP IMS DE FOCUS OP IMS. 30 november 2016 Marc Geerdink Technopolis, Technologielaan, Mechelen

Machinestructuren voor precisiesystemen

Hefkolommen Óók voor: Werktafels OP MAAT Hoogte verstelbare werktafels Schuifladekasten en indelingen Stoelen Trolleys

I.B. Kracht b.v. Patroon elementen. max. 700 C

Voorbeeld case: Gietstuk Bruijs/Hapam Stappenplan kostprijsreductie met aluminium Versie: april 2011

Tussentoets 2 Mechanica 4RA03 17 oktober 2012 van 9:45 10:30 uur

Basic Creative Engineering Skills

Productontwikkeling 3EM

Voor de montage van de Bear County schutting Garden Design WPC

De keuze voor de juiste elektromotor

Frank Loobeek Business Development Manager

Testen Meten Inspecteren

ACTUATOR LA12. LA12: 12/24 V DC. Max. kracht 750 N

Hardmetaal Staven, Strippen & Ringen

UDDEHOLM ROYALLOY TM

Nano&Solution. Lineair aangedreven hoognauwkeurige draadvonkmachine VZ300L VZ500L. Drain 1B (H=45)

VAN BESPANNER TOT RACKET TUNER.

Wanneer een direct-drive motor toe te passen. Machinebouw Event FHI Wanneer Woensdag 3 dec :30 uur Spreker David Verkooyen Eltrex Motion BV

De integratie van prototyping en Moldflow in het ontwerpproces

Voorbeeld toets opgaven Productie 1a 2013

Noorderpoort Beroepsonderwijs Stadskanaal. Reader. Reader Periode 3 Leerjaar 3. J. Kuiper. Transfer Database

BMH Windowmaster het meest veelzijdige CNC bewerkingscentrum

Grote lineair gestuurde draadvonker met LP2WH-generator AQ750L AQ900L AQ1200L AQ1500L

UDDEHOLM NIMAX. Nimax is geregistreerd in de Europese Unie en U.S.

Verslag Seminar Met een knipoog naar perfectie

PUR BLOK PB180. Densiteit kg/m

Messing kogelkooi DD14 Mini-serie

Mini-Actuatoren. Magneet- & Elektrotechniek. Aandrijftechniek. Motion Control. Lineairtechniek. Pneumatiek & Ventieltechniek

High-throughput technologieën versnellen de ontwikkeling van nieuwe formuleringen

De TRUMPF 3D laser systemen. Van applicatie ontwikkeling tot en met productie

Productie Binnen onze productiefaciliteiten kunnen hardmetaal vormdelen engereedschappen met onderstaande maximale afmetingen worden vervaardigd ;

TigerStop. Automatische lengte-aanslag

Productie Binnen onze productiefaciliteiten kunnen hardmetaal vormdelen engereedschappen met onderstaande maximale afmetingen worden vervaardigd ;

Pulsed Laser Deposition Systems

Twee kwaliteiten hardmetaal gecombineerd In één sinterproduct.

UDDEHOLM NIMAX. Uddeholm Nimax

Snijgereedschappen Opspansystemen

Voorbeeld case: Achterkader DENTA/CityBOX Stappenplan kostprijsreductie met aluminium Versie: april 2011

3D opbouwen van metaalproducten direct vanuit een CAD/CAM omgeving of puntenwolk Ook wel Additive Manufacturing genoemd Gebaseerd op Layer Technology

SC + /SPC + /TPC + haakse vertragingskasten Sterke prestaties bij lage overbrengingen

SEW-EURODRIVE Driving the world. Servomotoren. Dynamiek binnen handbereik

HSGM Industriële thermische snijders voor synthetisch materiaal

Voortgangsverslag. Jaar 2 1 e Semester Blok 2. M. Camp

State of art flex constructies

universele machines voor slijpen en polijsten metal

Hardmetaal met alternatieve binding IJzer / Nikkel / Cobalt- legering

Greentec Stobbenfrezen

Special Rollers Custom made

Toepassing Combi-Seal-G: Combi-Seal-TW: Toepassing:

Uddeholm UNIMAX. Het UNIverseel gereedschapsstaal met een MAXimale standtijd

Één van de eenvoudigste, stilste en meest energie efficiënte watermakers.

ultrasonic flowsensor ultrasone flowsensor met een doorlaat van tot 120 m3/h

Welkom bij het Machinebouw event 20

Wat is Hardmetaal?

Metalcoating - metal without the machining

Het aansturen van piëzo-actuatoren met lineaire versterkers, dat is toch even anders schakelen

Garagedeuren gegevens

A&E Trading b.v. Lineaire aandrijftechniek ACTUATORS

Technisch Product Dossier. Serieproduct Sp7- Überdruck G.M.B.H.

Gerolde tinbronzen glijlagers (type B09)

Technisch HEXA FLOORING

Onder de dekvloer Demtec ES Onder dekvloeren, hout en beton. Onder dekvloeren, hout en beton. . Soms wordt ook de (oude) ΔL w

HSGM Thermische Touw & Zeil snijders

Secondary optics out of silicone Bringing low volume to market.

De grootste keuze uit. ESSEM Zelfsmerende sinterbronzen glijlagers. T (0) Uitgave 2014.


VOOR URENLANG PLEZIER IN UW BADKAMER

Wat is Hardmetaal? Wij produceren ons hardmetaal dus milieuvriendelijk!

Product naam: MM04062

JALOEZIE SL20C SL22C. Technische catalogus. Nederlands. Dubbel glas eenheid 20mm 22mm. ScreenLine

Transcriptie:

Custom made piezo stage High Tech Campus 27 januari 2010

Inleiding met introductie: Heinmade, Hein Schellens HiPrecision, Tom Bijnagte CVT, Albert van Heugten Inhoud Case Custom made piezo stage Specificatie en Piezo actuatoren, Hein Schellens Kritische factoren in het ontwerp, Tom Bijnagte Ontwerp en aanmaak proto, Albert van Heugten Assemblage, testen en kwalificatie, Hein Schellens Demo XYrZ stage

HEINMADE Hein Schellens HEINMADE B.V. High Tech Campus 9 5656 AE Eindhoven www.heinmade.com info@heinmade.com

Introductie HEINMADE Wat is piezo? Piezo is een keramiek met piezo-electrische eigenschappen. Onder druk/vervorming -> electrisch veld Electrisch veld -> rek + Rek ~ 0.5 nm/v (=0.5 pm/mv) Maximale spanning 3 kv/mm _ Maximale rek 0.15 % Fbl = 40 N/mm2

Introductie HEINMADE Suppliers (piezo know-how) Components Customers Semicon Nanomotion Consultancy Optics Noliac Piezomechanik Concept design Proto-typing Pre-run / TPD Systems Medical Consumer Space BRAINPORT Technology Know-How

Introductie HEINMADE Voorbeelden Actuator / Bender Trillingsdemper (actuator / sensor) Hoog dynamisch Hoge precisie Piezo motor / Stages

Wat doet HiPrecision? Ontwikkeling high tech machines en apparaten Precisietechnologie: nauwkeurigheid, stabiliteit... voor wie? High tech industrie in Nederland (ASML, FEI, IPS Packaging,...)... en hoe? Kennisontwikkeling rondom specifieke knelpunten Snel inzicht opbouwen, aanbevelingen leveren.

Cases HiPrecision Trillingsreductie electronenmicroscoop Motion sensoren in vacuum Precisiemechanica voor hoge versnellingen Piezo sensor+actuator als trillingsdemper Ophanging electronenoptiek

CVT is met 35 jaar ervaring een waar draadvonk-specialist. Draadvonken is een verspaningstechniek waarmee proto`s en serieproductie met hoge nauwkeurigheden gerealiseerd kunnen worden. De producten die CVT in opdracht van klanten fabriceert vinden o.a. hun weg in machines uit de High-Tech industrie (Assèmbleon, ASML,...) We onderscheiden ons doordat we onze klanten helpen met het maken van ontwerpkeuzes, zodat daardoor kosten-efficiënt geproduceerd kan worden.

Introductie van de case: Custom Made Piezo Stage

Introductie van de case: Voorbeeld genomen voor dit symposium. Vervolgens ontworpen, gedetailleerd en gemaakt. Beschrijving van de stage: Lijmen van een aluminium plaatje op een glasplaat. Lijm is gevuld met glas parels voor constante dikte. Aluminium plaatje moet gefixeerd zijn tijdens uitharden lijm. Positieterugkoppeling door de klant (resolutie +/- 1 µm). Lijmstandtijd 1 uur. Doelstelling 10 stuks verlijmen. Handzaam model met beperkte afmetingen (< 150x150 mm2) Slag enkele 0.1 mm met hoekcorrectie. Uitgang controller klant +/- 5V. Vereise nauwkeurigheid +/- 5 µm.

Introductie van de case: Competenties Vereist Beschikbaar Project begeleiding HM Piezo HM HiP Constructieprincipes HiP HM Geleiding/scharnieren HiP Fijnmechanisch Toel. Maakbaarheid CVT HM Draadvonken CVT Aansturing piezo HM Assemblage HM Materiaalkennis CVT Lijmverbinding Klant / Toel. Camera positionering Klant

Introductie van de case: Overwegingen ten aanzien van het toepassen van piezo: Keramiek bij voorkeur geen trekkrachten. Voorspannen piezo > 5 N/mm2. Voorspannen met slappe veer -> verlies tijdens slag. Slag beperkt; minimaliseren verliezen, harde inkoppeling. Slag beperkt; stapelen piezo tiles, slagvergroter toepassen. Te leveren kracht afhankelijk van het oppervlak. Inzetbaar van 0 K tot ~ 500 K. Voltage te kiezen; 60, 150, 200, 500, 1000 Volt ( standaard ). Uitzettingscoefficient. Warmte huishouding, koeling. Omgevingsinvloeden; vocht en temperatuur.

Kritische factoren in het ontwerp van een piezo stage Tom Bijnagte, HiPrecision

Inhoud Specificatie Ontwerprichtlijnen Ontwerp piezo stage Dimensionering Eind-check Maakbaarheid

Specificatie Context: Alu plaatje 40x40x0.5 lijmen op glasplaatje 40x40x3 Clamp 45x55 [mm 2 ] Functioneel: Instelbereik XY: ±150 [um] Voor elk punt in het veld 45x55 40x40 Y Z X

Specificatie F v = 1 [mm/s] D=3 h=0.02 Functioneel: Resolutie XYRz: ±1 [um] Kracht XYRz: ±0.1 [N] Afgeleid: aandrijfstijfheid XYRz: 0.1[N]/1[um] = 1*10 5 [N/m] Layout: Ruimte 125x125x10 [mm 3 ] Realisation: Lifetime: 50.000 cycles (5 slagen per gelijmd product)

Ontwerprichtlijnen piezo Kracht vs Rek Piezomateriaal soft doped 50 piezo σ voor σ Rek = L/L σ voor = 5-40 [MPa] Mechanische spanning σ excl. voorspanning [MPa] 40 30 20 10 0-0,06-0,04-0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16-10 Uitzetting: Vrije slag maximaal +0.15% (bij F=0 [N]) onafhankelijk van voorspanning Blockingspanning op ~40 [MPa] (dan L=0 [um]) excl. voorspanning -20 Rek [%] Krimp: Vrije slag maximaal -0.04% (bij F=0 [N]) onafhankelijk van voorspanning Blockingspanning op ~ -10 [MPa] (dan L=0 [um]) excl. voorspanning

Ontwerprichtlijnen piezo Aandrijfstijfheid: E piezo = 43 [GPa] (d33 mode) Montage: geen dwarskracht of moment F = NOK F = OK M = NOK

Ontwerprichtlijnen mechanica Statisch bepaald construeren Geleiding met elastische elementen Geleiding (ZRxRy) en aandrijving (XYRz) scheiden Overspraak XYRz minimaal aandrijfkrachten in 1 lijn, symmetrie Aanslagen om spanning in elastische elementen te begrenzen Afzonderlijke bewegingen XYRz vanaf frame aandrijven

Concept-ontwerp Principe geleiding: ZRxRy stijf, XYRz slap Rz Z Ry Y X Rx Y Z X Z Y X

Concept-ontwerp Principe aandrijving XYRz Praktische uitvoering Y Z X

Concept-ontwerp Benodigde slag piezo s Stage Clamp Veld 40x40 27.5 20 x = ±150 [um] x = ±206 [um] piezo-slag X = 2x206 = 412 [um] piezo-slag Y = 2x150 = 300 [um]

Concept-ontwerp Afschatting piezo-dimensies: Applicatie = grote slag, kleine kracht. Kies werkpunt op bv 20% van blocking-spanning, 80% van de maximale rek σ = 8 [MPa] Mechanische spanning [MPa] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Kracht vs Rek Piezomateriaal soft doped 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 Rek [%] ε = 0.12 [%]

Concept-ontwerp 1. Afschatting piezo-slag 0..412 [um] / 0.12% = 341 [mm] (effectief) terwijl 125 [mm] beschikbaar past niet oplossing: overbrenging bv 1:10, dan piezolengte plm 34 [mm] OK 2. Afschatting piezo-kracht Blocking spanning 40 [MPa] x 20% = 8 [MPa] Beschikbaar oppervlak 9x9 = 81 [mm 2 ] Max. beschikbare kracht 8e6 x 81e-6 = 648 [N] na overbrenging 65 [N] ruim voldoende

Ontwerp overbrenging Hefboomprincipes Compact Slap in Z

Ontwerprichtlijnen mechanica Piezo voorspannen met 1.5x benodigde kracht bij X=-206 [um] Halve spanning op piezo elastische constructie neutrale stand F 1.5 voorspanveer geleidingsveren 1 Piezo X=-206 [um] X= 0 [um] X=+206 [um]

Concept-ontwerp Aandrijving Geleiding Slagbegrenzing Voorspanning Y Z X

Dimensionering Dimensies bladveren, gatscharnieren Stijfheid bladveer Veer uit 2 gatscharnieren

Dimensionering Iteratie damdiktes, bladveerlengtes etc. Krachtbijdragen elastische elementen, @Y=+206 [um]: Element Stijfheid [N/m] Kracht [N] geleiding (4x) 1.9 10 4 15.5 [N] ontkoppelveer X (2x) 1.0 10 4 2.5 [N] overbrengingsveren (1x) 2.1 10 4 4.4 [N] voorspanveer (1x) 4.0 10 3 0.8 [N] Totaal kracht elastische vervorming 23.2 [N] Overbrengverhouding 1:10 [-] Benodigde kracht piezo s (10:1) F piezo = 232 [N]

Dimensionering piezo element Nodig: u = 41 [um], F = 232 [N] Standaard piezo element, 7x7 x 36 [mm 3 ]: - u = 50 [um] bij F= 0 [N] - F = 2000 [N] bij u= 0 [mm] Piezokracht [N] 600 500 400 300 200 100 0 Kracht vs Rek Piezomateriaal soft doped Werkpunt (41um,232N) 30 35 40 45 50 55 Slag [um] Max kracht 7x7 x 36 [mm3] (41um,360N)

Controleberekeningen Checks: berekend spec Aandrijfstijfheid 2.6 10 5 [N/m] 1 10 5 [N/m] OK Overspraak X/Y/Rz 0.2 [um] <1 [um] OK Spanning bij u max (eindstops) 440 [MPa] 1600 [MPa] OK Z-stijfheid piezoveren:geleiding 1:17 [-] 1:10 [-] OK

Eind-check Is ontwerp nu klaar? Specificaties gehaald? - slag XYRz ±150 [um]? OK - resolutie ±1 [um]? OK - levensduur (spanningen)? OK Controle berekeningen OK

Ontwerptekening / maakbaarheidcheck Layout Breedte vonksleuven Startgaten vonkproces Referentiegaten Bevestigingsgaten

Van ontwerp naar product Albert van Heugten, CVT

Van ontwerp naar product Inhoud Introductie maak techniek: draadvonken Maakkennis toevoegen aan ontwerp Eindresultaat: XYRz-Stage

het draadvonkproces

Geschiedenis van het draadvonken Vonkverspanen is een Russische ontwikkeling onder leiding van Dr. B.R. Lazarenko en Dr. N.I. Lazarenko in 1943. In Nederland geïntroduceerd in de jaren 60 van de vorige eeuw. Een machine had alleen een punt tot punt sturing: rechte lijnen

Eigenschappen van draadvonkproces Continue proces Hoge (repeteer) nauwkeurigheden, +/- mu Geen restspanningen (t.g.v. vonk-erosie) Geen bewerkingskrachten op het werkstuk tijdens bewerken Temperatuur stabiel proces (werkstuk in waterbad op 20C) Lage ruwheden Bewerking van alle geleidende materialen. Man arm proces Geschikt voor proto's en series 10.000+ stuks/jaar

Ruwheden& Nauwkerigheden Nauwkeurigheden: Afhankelijk van het aantal keren dat je met de draad langs een contour gaat, wordt de nauwkeurigheid groter. Nauwkeurigheid wordt voornamelijk in de eerste drie snedes gehaald, nog meer snedes zorgen voor een gladdere oppervlakte. Afhankelijk van het materiaal is een tolerantie van ± 0,001 met een Ra van 0.05µ mogelijk. Richtlijnen: werkstukhoogte tolerantie Ra waarde Met 1 snede 50 mm ± 0,02 2.5 100 mm ± 0,03 2.5 200 mm ± 0,05 2.8 Met 2 snedes 50 mm ± 0,01 1.8 100 mm ± 0,015 1.8 200 mm ± 0,02 1.8 Met 3+ snedes 50 mm ± 0,002 0.3 100 mm ± 0,005 0.3 200 mm ± 0,01 0.5

Maakkennis in het ontwerp Uitgangsmateriaal: - spanningsarm: frezen met snelstalen frees i.p.v. hardmetalen plaatjes frees" - spanningsarm gloeien -eventueel harden

Beperk "uitvalstukken" Manarm produceren: voorkomen van uitval-stukken geschikt maken voor seriematige productie Breedte bewegings-ruimte aanpassen aan draad diameter. Uitval stukken

Lengte dunne bladveer Oorpsronkelijk 0,2mm, 20 mm lang restspanningen kunnen resulteren in ongewenste vormverandering (kromme bladveer) Oplossing, gat-scharnier

Positie start-gaten

Eind resultaat Totale doorlooptijd 10 werkdagen -materiaal bestellen -programmeren -materiaal voorbewerken (slijpen, boren, harden en ontlaten) -startgaten vonkboren -draadvonken -meten

Samenstellen van de stage Hein Schellens, HEINMADE

Samenstellen van de stage Inbouwen piezo; Metaaldeel op enkele µm nauwkeurig aangeleverd. Lengte van de piezo: op maat lappen / uitvullen / lijm. Aanbrengen piezo met negatieve spanning. Stelschroeven voor korrectie maatvoering of positionering naar nul positie stage. Veren zorgen voor voorspanning op piezo. X X X X X X X X Opties positieterugkoppeling.

Samenstellen van de stage Keuze versterker; Bereik wat betreft voltage overeenstemmen met piezo. Vermogen bepaalt maximale frequentie (I=C.Vpp.f). Ruisversterker bepaalt nauwkeurigheid stage. (Let ook op ruis op ingang!) - Piezo 150 V, 40 µm. - Versterker 5 mv ruis. -> (40/150). 5e-3. 10(OB) = 13 nm

Samenstellen van de stage Resultaten; Piezo uitgevuld in slagvergroter (niet verlijmd). Van 0-120 V bereik 350 µm. Van 0-120 V bereik 6 mrad. Eventueel slag vergroten met aansturing -30 V tot 150 V. Planning; wk 1-2; Specificatie, Concept. wk 2-4; Detaillering, Bestellen mat. wk 4-5; Draadvonken. wk 5-6; Samenstellen, Testen

Samenstellen van de stage VRAGEN? DEMO